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课件内容：
第3章 计算机网络基础知识
计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物。它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化，极大的推动了人类从工业社会向信息社会的过渡。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。
计算机与通信的相互结合主要有两方面：一方面，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段；另一方面，数字计算技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。
一般认为计算机网络出现于六十年代中期，至今其发展非常迅速，可分四个阶段（1）具有通信功能的单机系统，（2）具有通信功能的多机系统，（3）计算机-计算机网络，（4）局域网的兴起与分布式计算的发展。
3.1 计算机网络的基本概念
3.1.1 计算机网络的定义
所谓计算机网络就是利用通信线路，用一定的连接方法，将地理位置分散的、具有独立功能的许多计算机连接起来，在功能完善的网络软件的管理和控制下，实现资源共享和数据通信的信息系统。
3.1.2 计算机网络的分类
根据不同的分类原则，有不同类型的计算机网络。
1. 按网络的规模大小和延伸范围分类
（1） 局域网LAN（Local Area Network）：是一种在小范围内实现的计算机网络。一般用微型计算机通过高速通信线路相连（信道传输速率一般在1Mb/s 以上），但在地理上一般局限在10km内，一般是一个单位或一栋楼房甚至一间办公室，采用的通信线路一般为双绞线或同轴电缆。
（2） 城域网MAN（Metropolitan Area Network）：是在一个城市内部组建的计算机信息网络，提供全市的信息服务。城域网的作用范围约为10--100km，采用的通信线路一般为光纤或微波。
（3） 广域网WAN（Wide Area Network）：范围很广，可以分布在一个省内、一个国家甚至全球。广域网信道传输速率较低，一般小于0.1Mbps，结构比较复杂。广域网的典型代表是Internet网。
2. 按网络的拓扑结构可分为：星形网络、树形网络、总线形网络、环形网络、网状网络和混合结构（如图3-1所示）。所谓网络的拓扑结构是指计算机网络的物理连接方式。拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定紧密相关。
3. 按服务方式分类
（1） 客户机/服务器网络
这是最常用、最重要的一种网络类型。服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备，客户机则指用户计算机。它是客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式，多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。这种网络安全性容易得到保证，计算机的权限、优先级易于控制，监控容易实现，网络管理能够规范化。网络性能在很大程度上取决于服务器的性能和客户机的数量。
（2） 对等网
对等网不要求服务器，每台客户机都可以与其他每台客户机对话，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同。这种网络方式灵活方便，但是较难实现集中管理与监控，安全性也低，较适合于部门内部协同工作的小型网络。
 3.1.3 计算机网络的组成
1. 网络硬件
（1） 服务器（Server）
（2） 工作站（Workstation）
（3） 调制解调器
（4） 网卡：也称网络适配器、网络接口卡（NIC，Network Interface Card）
（5） 中继器和集线器
（6） 网桥、路由器和网关
（7） 传输媒体
2. 网络软件
（1） 网络操作系统(Network Operating System)
（2） 网络协议（Network Protocol）
（3） 网络管理及网络应用软件
3.1.4 计算机网络的主要功能
计算机网络有很多用处，其中最重要的三个功能是：数据通信、资源共享、分布处理。
1. 数据通信：实现计算机与计算机之间传送各种信息，包括文字信件、新闻消息、咨询信息、图片资料等，是计算机网络最基本的功能。利用这一特点，可以实现将分散在各个地区的单位或部门用计算机网络联系起来，进行统一的调配、控制和管理。
2. 资源共享：是计算机网络最重要的功能。“资源”指的是网络中所有的软件、硬件和数据资源。“共享”指的是网络中的用户都能够部分或全部地享受这些资源。例如，某些地区或单位的数据库（如飞机机票、饭店客房等）可供全网使用；某些单位设计的软件可供需要的地方有偿或无偿调用；一些外部设备如打印机、扫描仪等，可面向用户，使不具有这些设备的地方也能使用。如果不能实现资源共享，各地区都需要有完整的一套软、硬件及数据资源，则将大大地增加全系统的投资费用。
3. 分布处理：当某台计算机负担过重或该计算机正在处理某项工作时，网络可将新任务转交给空闲的计算机来完成，这样处理能均衡各计算机的负载，提高处理问题的实时性；对大型综合性问题，可将问题各部分交给不同的计算机分头处理，充分利用网络资源，扩大计算机的处理能力，即增强实用性。对解决复杂问题来讲，多台计算机联合使用并构成高性能的计算机体系，这种协同工作、并行处理要比单独购置高性能的大型计算机便宜得多。
3.2 网络通信协议概念
3.2.1 计算机网络协议
1. 计算机网络协议的概念
通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置、不同类型的计算机系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。这些为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合就是网络协议。
2. 协议的分层
为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层的方式来组织，每一层都向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽，各个子层组织起来共同完成网络通信功能。这就是协议分层。
层次结构划分的原则：（1）每层的功能应该是明确的，并且相互独立。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。（2）层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应该尽可能少。（3)层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。
层次结构的要点：（1）除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。（2）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。（3)n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。
分层结构分解复杂的网络通信问题，简化相关的网络操作，便于协议的组装 ，还有利于交流、理解和标准化。
3. 网络体系结构
所谓网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。
网络体系结构的特点是：（1）以功能作为划分层次的基础。（2）第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。（3）第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。（4)仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
3.2.2 开放系统互连参考模型（OSI/RM）
为了解决计算机和网络互连的标准化，国际标准化组织(ISO，Internet S

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靳***

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